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LA PREFABRICACION EN LA VIVIENDA

Mario E. Rodríguez 1 RESUMEN Se describe el estado de la construcción de vivienda prefabricada de concreto reforzado en México, haciendo énfasis en los tipos de construcción prefabricada, así como en las ventajas y desventajas de su empleo en nuestro país. ABSTRACT This paper reports the status of precast RC residential construction in Mexico. Emphasis is given on the different types of precast RC structures for residential construction in Mexico and on the advantages and disadvantages of the use of precast RC structures for residential construction. INTRODUCCIÓN El déficit importante de vivienda en México ha llevado a explorar diversas opciones de la solución de este problema por parte de los sectores privado y estatal. La opción mas socorrida para la construcción de vivienda en nuestro país es la que emplea mampostería de diversos tipos, la solución de vivienda prefabricada aun está en estado incipiente; sin embargo, la prefabricación parcial, tal como el empleo de sistemas de piso prefabricados cada vez es mas común, así mismo los desarrolladores han empezado a explorar el empleo de estructuras de concreto prefabricadas para la construcción de edificios de vivienda de varios niveles. En este trabajo se describe de manera general la situación de la prefabricación para vivienda en México, así como sus ventajas y desventajas. LA PREFABRICACIÓN EN LA VIVIENDA La construcción de vivienda en México, tanto unifamiliar como multifamiliar, se resuelve en un 90% de los casos empleando muros de carga construidos en sitio (ICA, 1999). La construcción de vivienda prefabricada se reduce a una parte mínima en el total de la industria de la construcción en México. El empleo de elementos estructurales de concreto reforzado para vivienda en nuestro país empezó en la década de los 50s, cuando por primera vez se emplearon elementos prefabricados para la construcción de sistemas de piso en viviendas. A la fecha es común ver en vivienda del tipo unifamiliar y también multifamiliar, el empleo de un tipo de sistema de piso prefabricado, como es el llamado vigueta y bovedilla, sistema que es particularmente bastante empleado en los estados de Yucatán y Quintana Roo. En estos Estados más del 50% de los sistemas piso para vivienda se construyen con este tipo de sistema prefabricado. En parte la razón de este importante empleo se explica por el hecho de que estos Estados carecen de suficiente madera para la cimbra necesaria para la construcción de losas de concreto coladas en sitio.

1 Instituto de Ingeniería, UNAM. Ciudad universitaria, Apartado Postal 70-290, Delegación Coyoacán, CP 04510, México DF. Teléfono 56233500 ext 1481; [email protected]

V Simposio Nacional de Ingenieria Estructural en la Vivienda Queretaro, Queretaro 2007

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La prefabricación de vivienda empleando muros estructurales de concreto prefabricado no se ha desarrollado en México como en otros países, principalmente por la falta de los equipos necesarios para su fabricación en planta y por la falta de familiaridad del sistema estructural en nuestro medio. Sin embargo, recientemente algunos desarrolladores han empezado a explorar el empleo de este tipo de elemento prefabricado para la construcción masiva de vivienda en nuestro país, por lo que es posible que en un futuro cercano se empiece a ver el empleo de este tipo de elemento prefabricado para la solución del problema de la vivienda en el país. El sistema estructural a base de marcos de concreto reforzado construido con elementos prefabricados es prácticamente la única solución integral para vivienda prefabricada que se emplea en nuestro medio. Esto se debe a que el sistema estructural a base de marcos es el preferido por los ingenieros y arquitectos, principalmente por que es posible lograr mayores espacios abiertos, en comparación con la solución estructural a base de muros de concreto. Sin embargo, se debe mencionar que el comportamiento de edificios a base de muros estructurales en diversos sismos importante ocurridos en el mundo ha sido bastante superior al de edificios a base de marcos (Fintel, 1994), por lo que esto debe ser un llamado de atención al empleo excesivo de marcos que se hace en nuestro medio. Es importante hacer una reflexión sobre las ventajas y desventajas del empleo de la prefabricación en vivienda en nuestro país, donde como se ha mencionado existe aun un rezago importante en la construcción de vivienda. En general las ventajas de un sistema constructivo a base de elementos prefabricados son varias, por ejemplo, es posible lograr la producción en serie de elementos estructurales con una buena calidad en su construcción, esto se debe a que en este caso se tiene una industria con personal calificado entrenado específicamente para esta actividad, lo que no necesariamente ocurre en la construcción de elementos colados en sitio, donde los trabajadores son en muchos caso personal temporal y no debidamente entrenado. Otra ventaja son las condiciones de trabajo, las cuales en una planta son mejores que las existentes en obra, ya que los elementos prefabricados se construyen bajo techo, minimizando el efecto en muchos casos desfavorable del medio ambiente como temperaturas extremas, lluvia, viento, etc. Aquí por ejemplo se debe mencionar que estos efectos son importantes en fenómenos como el de cambios volumétricos en el concreto, el cual puede producir agrietamientos importantes que aun cuando no afecten de manera importante los niveles de seguridad estructural, si afectan las condiciones de servicio. También se debe mencionar que en la industria de la construcción con prefabricados es posible lograr una buena calidad de sus materiales, ya que es posible tener un buen control de calidad del concreto, lo que se dificulta en obra. Por ejemplo, se debe mencionar que en la industria de construcción de elementos prefabricados en Europa se hace empleando prácticamente solo concreto autocompactable. Con este tipo de concreto no solo se evita el empleo de vibrado, sino también se logra un buen acabado y buenas condiciones de durabilidad. Una ventaja relevante del empleo de elementos prefabricados, respecto a la construcción convencional, es la reducción de los tiempos de construcción, lo cual hace a la prefabricación más competitiva respecto a la construcción con concreto colado en sitio. En particular, los desarrolladores consideran este aspecto bastante atractivo por los costos asociados al financiamiento de construcción para vivienda. Esto será un argumento importante para el empleo en el futuro de vivienda prefabricada en México. Las posibles desventajas del empleo de vivienda prefabricada en nuestro país son dos. Una se refiere al problema de las conexiones en obra entre elementos estructurales prefabricados, y el otro problema es el referente a tolerancias, lo que se comenta a continuación. CONEXIONES ENTRE ELEMENTOS PREFABRICADOS Las conexiones entre elementos prefabricados de concreto son principalmente de dos tipos, las llamadas “húmedas”, las cuales son coladas en sitio, lo que lleva a un tipo de conexión con respuesta estructural semejante a la de una colada en sitio. Por este motivo al diseño con este tipo de criterio se le denomina en la literatura “emulación”. Este tipo de conexión se logra con conectores mecánicos como se indica en la Fig. 1. También este tipo de conexión se logra mediante traslapes entre varillas empleando ductos corrugados embebidos en el concreto, como se muestra en la Fig. 2 (Guidelines, 1999), la que ilustra el empleo de esta conexión para el caso de muros prefabricados. El otro tipo de conexión es la llamada “seca”, en la que generalmente la conexión se logra soldando placas de acero embebidas en los elementos prefabricados que se


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unen. La unión entre estas placas se hace por medio de soldadura con placas o con tramos de barras de refuerzo, como se muestra posteriormente.

Figura 1. Emulación en la construcción prefabricada empleando conectores mecánicos

Figura 2. Emulación en la construcción prefabricada empleando traslapes y ductos corrugados

b) Sección A-A

a) Elevación


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En México se favorece el empleo de marcos para construcción de diversos tipos, incluyendo la de vivienda multifamiliar. En los casos que se han empleado elementos de CR prefabricados para este tipo de vivienda se ha recurrido a la conexión denominada “seca” empleando soldadura como se aprecia en la Fig. 3. Desafortunadamente este tipo de conexión no tiene la capacidad de deformación suficiente para resistir las acciones sísmicas que son posibles en nuestro país, como se puede deducir de la evaluación de resultados de ensayes experimentales de elementos prefabricados con conexiones del tipo “secas” efectuadas en el pasado en nuestro país (Zermeño, 1992). La Fig 4 muestra detalles de una conexión trabe-columna prefabricada del tipo mencionado, la cual fue ensayada en laboratorio ante cargas laterales simulando acciones sísmicas (Zermeño, 1992). Como se aprecia en la Fig. 4, en esta conexión, la solución de continuidad del refuerzo longitudinal de la trabe en su lecho inferior es del tipo de la mostrada en la Fig 3, es decir tramos de varillas soldadas a placas de acero embebidas en la conexión. La Fig 5 muestra el estado al final del ensaye de una de las conexiones estudiadas por Zermeño (1992). Este tipo de falla se puede explicar considerando estudios experimentales recientes en nuestro país en ensayes ante cargas axiales de barras de refuerzo mexicanas (Rodríguez y Rodríguez, 2006), los que han mostrado que el modo de falla que se observa en la Fig 5 se debe a las pobres características de soldabilidad de las barras de refuerzo que se emplean en la industria de la construcción en nuestro país. El tipo de acero de las barras de refuerzo que se generalmente se emplean en México cae dentro de la clasificación de la normativa NMX-C-407 (ASTM A615), y se caracteriza por su alto contenido de carbono, lo cual impide lograr condiciones adecuadas de soldabilidad, particularmente en zonas sísmicas, ya que al soldar este tipo de barras de refuerzo, éstas se fragilizan como ha sido mostrado por Rodríguez y Rodríguez (2006). Como se aprecia en la Fig 6 (Rodríguez y Rodríguez, 2006), en la vecindad de la soldadura en la barra existe en ésta una zona afectada por el calor, donde se produce al fractura de la barra de manera frágil, característica indeseable en estructuras de concreto reforzado en zonas sísmicas. Estos resultados sugieren que sería deseable que en nuestro medio, en muchos casos con zonas de alta actividad sísmica, se emplee otro tipo de conexión de elementos prefabricados donde se evite el empleo de soldadura de barras de refuerzo, como es la llamada conexión “húmeda”.

Figura 3. Conexiones “secas” en la construcción prefabricada


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Fig 4 Conexión prefabricada trabe-columna (Zermeño, 1992)

Fig 5 Ruptura de barra de refuerzo longitudinal al final del ensaye de una conexión prefabricada trabe-columna (Zermeño, 1992)

Fractura de barra


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Fig 6. Falla frágil en la zona de soldadura de una barra de refuerzo típica en México (Rodríguez y Rodríguez, 2006) I ESTUDIO EXPERIMENTAL EN MESA VIBRADORA EN MÉXICO EN UN EDIFICIO PREFABRICADO DE TRES NIVELES En el Instituto de Ingeniería de la UNAM se han llevado a cabo ensayes en mesa vibradora en una estructura de concreto prefabricado a escala 1:4 representativo de un edificio prefabricado de tres niveles en la ciudad de México (Rodríguez, Leon y Cabrera, 2007). La construcción de este edificio se hizo empleando el concepto de emulación, es decir sin el empleo de soldadura en las conexiones prefabricadas. Las conexiones entre elementos estructurales se hizo empleando ductos corrugados llenados de grout después de introducir las barras de refuerzo en ellos. La Fig 7 muestra al edificio sobre la mesa vibradora, así como una torre de acero que se empleó como apoyo de los aparatos medidores de desplazamientos. El sistema de piso consistió en unidades prefabricadas de losas alveolares, con un firme colado en sitio, el cual fue diseñado siguiendo la práctica común de diseño en la cual el refuerzo de este firme sólo se diseña por cambios volumétricos, principalmente para contracción del concreto por secado. La Fig 8 muestra el estado de una conexión prefabricada trabe-columna del espécimen al final del ensaye empleando el registro de aceleraciones de LLolleo obtenido en el sismo de marzo 1985 en Chile. El registro se aumentó al 250% con el fin de obtener daños en la estructura. Como se aprecia en la Fig 8, la conexión prefabricada con el concepto de emulación no presentó daños relevantes a pesar de la alta intensidad del sismo, la cual produjo en este caso un desplazamiento relativo máximo de entrepiso igual a 5.9% (Rodríguez, Leon y Cabrera, 2007). Sin embargo, como se aprecia en la Fig 9, en este ensaye se observó la falla del sistema de piso prefabricado, debido a la fractura de la malla de refuerzo en el firme del piso. Esto indica que es necesario emplear procedimientos específicos para diseñar de manera adecuada el firme de sistemas de piso en edificios, con el fin de que resistan de manera adecuada las acciones de sismos severos.


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Fig 7. Edificio prefabricado empleando el concepto de emulación, escala 1:4, ensayado en la mesa vibradora del Instituto de Ingenieria de la UNAM (Rodríguez, Leon y Cabrera, 2007)

Fig 8. Estado de la unión prefabricada (emulación) columna-trabe del primer nivel del espécimen después del ensaye con el sismo LLolleo 250% (Rodríguez, Leon y Cabrera, 2007).


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Fig 9. Agrietamiento en el firme del sistema de piso del primer nivel del espécimen (máximo 8 mm) después del ensaye con el sismo LLolleo 250% (Rodríguez, Leon y Cabrera, 2007). EL PROBLEMA DE TOLERANCIAS Un aspecto de la prefabricación que es necesario considerar en el empleo de elementos prefabricados es el de tolerancias. Aun cuando este problema también existe en las estructuras coladas en sitio, es más relevante en las prefabricadas. Esto se debe a que dimensiones de elementos prefabricados con errores mayores que las tolerancias previstas pueden volver imposible el empleo en sitio de los elementos prefabricados por que no entrarían en los espacios disponibles o quedarían con dimensiones mucho mas cortas que las requeridas. Un ejemplo de este último caso se observa en la fig 10, la cual muestra la zona de conexión de una trabe prefabricada, la cual tiene una longitud menor que la requerida, por lo que la zona de soldadura en la conexión tendría características diferentes a las originalmente establecidas en el proyecto original. Sin embargo, el problema de tolerancias se puede resolver conociendo las limitaciones del proceso constructivo del elemento prefabricado, así como las del control de calidad en planta.


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Fig 10. Conexión trabe-columna en un edificio prefabricado de concreto reforzado de 15 niveles en México. CONCLUSIONES Se conoce que existe un déficit importante de vivienda en nuestro país y que su solución requiere de procedimientos constructivos que lleven a soluciones en tiempo, calidad y costo competitivos. La construcción de vivienda prefabricada reúne estos requisitos, por lo que ya se está explorando su empleo en nuestro país y es posible que veamos en el futuro un mayor empleo de este tipo de construcción para ayudar a resolver el problema de déficit de vivienda en el país. Sin embargo, se debe mencionar que especialmente en zonas sísmicas es necesario un detallado adecuado de las zonas críticas de la estructura prefabricada, particularmente de las conexiones, lo que es posible lograr tomando en cuenta los aspectos mas importantes mencionados en este trabajo. REFERENCIAS Fundación ICA, “Edificaciones de mampostería para vivienda”. Fundación ICA, 1999. Fintel M., “Observations on the performance of buildings with shearwalls in earthquakes of the last thirty years”, en “Earthquake Engineering”, Editor A Rutenberg, A. Balkena, Rotterdan, pp 23-28, 1994 Guidelines for the Use of structural Precast Concrete in Buildings, Report of a Study Group of the New Zealand Concrete Society and the New Zealand National Society for Earthquake Engineering, Center for Advanced Engineering, University of Canterbury, Christchurch, Nueva Zelandia, 1999. Rodriguez M, Leon G y Cabrera H, “Estudio en mesa vibradora del comportamiento sísmico de un edificio prefabricado de concreto de tres niveles”. Por publicar en la Series de Investigación del Instituto de Ingeniería de la UNAM, 2007. Rodríguez M. y Rodríguez J. “Se debe evitar la soldadura de barras de refuerzo en estructuras de concreto reforzado en zonas sísmicas de México”, Revista de Ingeniería Sísmica, Sociedad Mexicana de Ingeniería Sísmica, Vol 75, pp 69-95, 2006. Zermeño, M. “Comportamiento de conexiones entre elementos prefabricados de concreto ante cargas alternadas”. Informe Interno, Instituto de Ingeniería, UNAM, 1992.

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